萬麗娟

（廣州市城市規(guī)劃勘測設計研究院，廣州 510000）

1 引言

在當前新農(nóng)村建設中，仍有許多地區(qū)在農(nóng)村房地一體測繪中使用相對傳統(tǒng)的計量技術(shù)，無法有效保證數(shù)據(jù)的質(zhì)量。目前，農(nóng)村房地一體測繪中由于房屋修建形式和地形情況往往很復雜，傳統(tǒng)的全站儀測圖方法觀測工作量大、耗時長且 費力，容易產(chǎn)生較大范圍的人工測量誤差。無人機傾斜攝影測量技術(shù)是一種數(shù)字攝影測量技術(shù)，可以利用專業(yè)的測繪軟件對無人機航空攝影獲得的三維坐標、高度、姿態(tài)和圖像信息等原始遙感數(shù)據(jù)進行綜合處理和分析，獲取相應比例的遙感地物坐標信息。無人機能從不同角度連續(xù)獲取同一地物位置的圖像信息，利用同一點坐標準確獲取三維多軸視點的匹配圖像，然后通過三維構(gòu)造建模分析和聯(lián)合調(diào)整等技術(shù)，對傳感器獲取信息的目標探測結(jié)果和成圖參數(shù)資料進行實時分析和可視化處理，形成真實、完善的基礎測量數(shù)據(jù)，為農(nóng)村房地一體測繪的有序發(fā)展提供全面支持[1]。

2 無人機傾斜攝影測量技術(shù)特點

無人機傾斜攝影測量技術(shù)屬于一種三維非接觸式影像測量新技術(shù)，具有廣泛的三維建模、正射影像、遙感圖像處理等綜合技術(shù)優(yōu)勢，無人機傾斜攝影測量技術(shù)能夠真實地反映地面目標，基于無人機平臺提高數(shù)據(jù)的采集存儲效率，并更清晰精準地自動獲取圖像。在中國農(nóng)村房地一體測繪中，無人機傾斜攝影可以實時通過物體視角、運動范圍和視角距離的連續(xù)變化，獲得基于同一空間物體運動的多種不同立體圖像，實現(xiàn)多角度、全方位、逼真的三維模型重建，從而獲得各種實時地形圖像和三維測繪結(jié)果信息。目前，數(shù)據(jù)處理軟件自動化程度高，節(jié)省了時間和精力，通過成熟的三維重建軟件可以以較低的成本建立三維模型，使用無人機可以最大限度地節(jié)省人力，提高測繪工作效率，避免因時間等因素造成測繪工作的延誤。并且應用無人機傾斜攝影測量技術(shù)，可以更清晰地獲取頂部圖像、側(cè)面圖像和其他地面建筑物的特定信息，更容易建立三維實體模型，有利于在模型中全面構(gòu)建地表圖像和地表建筑物，與其他類型的技術(shù)和測量介質(zhì)（見表1）相比，無人機在飛行過程中靈活性更強，不受地面建筑物或其他地形因素的影響，環(huán)境適應性強，地面圖像信息的測量和獲取更快、更豐富，可使測繪人員全面掌握測區(qū)或建筑物的信息，有效降低測繪總體成本。

表1 傳統(tǒng)測量技術(shù)與無人機傾斜攝影測量技術(shù)對比

3 農(nóng)村房地一體測繪的應用思路

農(nóng)村房地一體測繪項目主要包括對農(nóng)村邊界點、房屋角點位置的跟蹤探測工作。在測繪期間，需要實施測繪區(qū)域的實時圖像獲取和數(shù)據(jù)采集，然后規(guī)劃無人機飛行路線，繪制工作底圖并由此生成測量區(qū)域內(nèi)的坐標系統(tǒng)，檢查并確定坐標系統(tǒng)的精準度，最后自動生成無人機室內(nèi)坐標檢測曲線和地面測繪結(jié)果[2]。為了提高農(nóng)村房地一體測繪效率，促進工作的順利開展，應始終堅持科學操作，明確農(nóng)村房地一體測繪的思路，在農(nóng)村房地一體測繪前，必須在測量區(qū)域內(nèi)全面布置圖像控制點，收集相位控制點的相關數(shù)據(jù)，利用高精度無人機傾斜攝影獲取高分辨率圖像，最后，對坐標系進行全面控制和驗證，得到精度更高、效果更好的測繪成果。

4 無人機傾斜攝影測量技術(shù)在農(nóng)村房地一體測繪中的應用案例

4.1 項目概述

本項目為河南省平頂山市郟縣安良鎮(zhèn)房地一體化測圖項目，通過無人機三鏡頭傾斜攝像機低空拍攝采集數(shù)據(jù)。該項目位于地勢平坦的地區(qū)，共18 架次用于飛行攝影，飛行高度180 m，航向重疊80%，空中探測面積3.2 km2，共獲取航空照片72 819 張。

4.2 圖像控制點的布置

為了有效減少無人機地面控制點的分布數(shù)量和空間密度，減少無人機的工作量，使用高精度航空差分數(shù)據(jù)，以確保單個空中探測目標區(qū)域覆蓋范圍在可控范圍內(nèi)，其涉及的圖像控制點數(shù)量大于6 個。

4.3 數(shù)據(jù)采集

最終取得的現(xiàn)場數(shù)據(jù)包括位置數(shù)據(jù)和原始航空數(shù)據(jù)，通過對全球同步導航和定位服務系統(tǒng)數(shù)據(jù)的分析，可以了解無人機航拍狀態(tài)相對穩(wěn)定，飛行高度分布穩(wěn)定，航向垂直重疊度和垂直側(cè)面重疊較合理，圖像紋理結(jié)構(gòu)清晰，顏色比較對稱，層次較分明。

4.4 真實場景的3D建模

該項目分6 個區(qū)塊進行數(shù)據(jù)獲取，每個區(qū)域采用無人機3個架次。真實飛行場景下建模過程具體描述如下：獲取的數(shù)據(jù)首先導入地圖，并分別對3 架次無人機獲取的圖像數(shù)據(jù)進行匯總與保存，導到操作區(qū)域，然后再創(chuàng)建一個新的項目，導入圖像數(shù)據(jù)和航空POS 數(shù)據(jù)，同時導入相位控制數(shù)據(jù)，通過檢查控制點的方式，提升測量的準確性，以滿足測量要求。所有步驟均在計算機建模技術(shù)的基礎上設計完成，最終得到安良鎮(zhèn)三維模型。

4.5 基于三維模型配備相應信息

獲取真實場景的三維模型、正射成像資料和其他三維地形區(qū)域數(shù)據(jù)信息后，使用實景地圖軟件打開真實的三維模型，制圖人員在此軟件系統(tǒng)中自動進行場景三維地形捕捉設計和制圖，并根據(jù)真實的三維場景模型和相關國家標準配備房屋屬性信息。

4.6 精度測試結(jié)果

驗證三維模型精度是否滿足要求后，需要驗證三維模型和高程模型的精度，根據(jù)區(qū)域參數(shù)確定生成模型的精度，創(chuàng)建真實的三維模型后，將未使用的圖像檢查點作為模型驗證點，以確定模型的絕對精度。通過將該地區(qū)大平面圖的現(xiàn)有數(shù)據(jù)與調(diào)查獲得的三維模型數(shù)據(jù)進行比較，可以借助人工實地測試的方式，隨機選取一個三維模型收集信息，并與實地數(shù)據(jù)進行比較，在地圖生成過程中進行誤差分析，研究其絕對精度，經(jīng)檢測，X方向平均誤差為0.062 m，Y方向平均誤差為0.053 m，滿足工程精度要求。

5 無人機傾斜攝影測量技術(shù)在農(nóng)村房地一體測繪中的具體應用

5.1 外業(yè)飛行方案設計

從根本上講，農(nóng)村房地一體測繪的對象主要是村莊，由于其計量面積有限，在實際調(diào)查工作中，村莊位置分布相對廣泛，調(diào)查的范圍相對較廣。為了獲得高精度、高質(zhì)量的圖像數(shù)據(jù)，需要選擇輕型無人機和小型旋翼單目標飛行系統(tǒng)，該飛行系統(tǒng)的應用優(yōu)勢主要體現(xiàn)在以下方面：（1）飛行系統(tǒng)中相關硬件設備和結(jié)構(gòu)以輕小型設備為主，總體重量小，便于攜帶；（2）單次飛行的作業(yè)面積完全可以滿足農(nóng)村房地一體測繪的總體需求；（3）單透鏡系統(tǒng)使測量更加靈活方便，通過掌握測量區(qū)域內(nèi)建筑物的高度和距離，科學調(diào)整測量角度；（4）總體成本較小，可以保證飛行安全。同時，在航線規(guī)劃或方案優(yōu)化設計中，專業(yè)人員必須充分結(jié)合當前被檢測區(qū)域航線的具體情況，科學合理地規(guī)劃航線，主要用于地面分辨率、飛行高度、圖像疊加速度、導航高度等，由于這些設計參數(shù)可能會影響圖像數(shù)據(jù)采集的真實性和準確性，因此，應結(jié)合測繪需要，合理確定飛行方案。以我國某農(nóng)村房屋為例，由于房屋分布較為集中，在進行農(nóng)村房地一體測繪期間，無人機飛行參數(shù)設計見表2。

表2 飛行的具體參數(shù)

5.2 選擇地面控制點布設與坐標系統(tǒng)

應用無人機傾斜攝影測量技術(shù)進行農(nóng)村房地一體測繪時，還需要加強地面控制點布置和協(xié)調(diào)系統(tǒng)的選擇。在此過程中，相關人員應嚴格根據(jù)試驗區(qū)的航線設置和地形變化合理確定地面控制點的數(shù)量，確保地面控制點布設的密度，從根本上保證三維模型的準確性。另外，在控制點的布置中，還要在滿足測量精度的前提下，考慮測量成本、時間等因素，使圖像控制點的布置方案符合現(xiàn)場測量要求。例如，在農(nóng)村房地一體測繪中，為了滿足航空攝影分辨率為0.0l m 的要求，村莊內(nèi)各地面控制點之間的距離應大約保持在80 m[3]。一般來說，地面控制點主要包括灰色標記點和油漆標記，在測繪布局規(guī)劃中，針對區(qū)域內(nèi)地質(zhì)較為堅硬的地面像控點，通常還需要使用油漆標記，而在地面像控點質(zhì)地比較柔軟且較容易遭受損壞的區(qū)域而言，應設置臨時灰色標記，并將其用作地面像控點的標志。

5.3 真實場景的3D建模

在農(nóng)村房地一體測繪中，可以通過無人機傾斜攝影測量技術(shù)獲得相應的坐標和影像資料，并將獲取的數(shù)據(jù)和信息結(jié)合起來，實現(xiàn)實景三維建模?；谡鎸崍鼍暗?D 建?？梢詫OS 系統(tǒng)提供的多視影像元素作為起始值，應用尺度和算法對圖像特征進行科學匹配，也可以使用波束方法實現(xiàn)更高的精度，并加強對測量數(shù)據(jù)和圖像的控制。在計算測量數(shù)據(jù)的過程中，可以使用Context Capture 系統(tǒng)執(zhí)行影像匹配算法和自動紋理計算，該算法使用最先進的手段，不斷提高三維實體建模的準確性。

6 結(jié)語

綜上所述，在我國農(nóng)村房地一體測繪實踐中，運用無人機傾斜攝影測量技術(shù)，可以有效提高測繪工作的精度，保證無人機測繪數(shù)據(jù)結(jié)果的客觀準確性，因此，相關無人機檢測和測繪使用單位必須重視無人機傾斜攝影測量技術(shù)的推廣應用，規(guī)范測繪業(yè)務流程，提供真實、可靠的數(shù)據(jù)，準確、完善的建筑物和土地綜合測繪結(jié)果，必要時，可以利用直觀、全面的三維模型和正射影像。無人機傾斜攝影測量技術(shù)在農(nóng)村房地一體測繪中，可以顯著提高遙感數(shù)據(jù)信息傳播的準確度和及時性，該技術(shù)以其效率高、成本低、響應速度快等優(yōu)點越來越受到人們的關注，因此，在未來使用過程中，應繼續(xù)加強對無人機傾斜攝影測量技術(shù)的研究，并針對當前農(nóng)村房地一體測繪中存在的問題提出相應解決方案，促進農(nóng)村現(xiàn)代化發(fā)展。